10. E/A-Architektur und Zugriff
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10.E/A-ArchitekturundZugriff Vorlesung"Informationssysteme" Sommersemester2017 Gliederung § AufbaudesDB-Servers • VereinfachtesSchichtenmodell • VerarbeitungvonAnfragen § EinsatzeinerSpeicherhierarchie § E/A-ArchitekturvonDatenbanksystemen • Sekundärspeicher- ZugriffsartenundKostenmodell • AbbildungvonRelationenaufSekundärspeicher • Datenbankpuffer - Funktionsweise - Ersetzungsstrategien Informationssysteme2017 Kapitel10:E/A-ArchitekturundZugriff 2 VereinfachtesSchichtenmodell Art der Operationen an Der Schnittstelle Aufgaben der Systemschicht Übersetzung und Optimierung von Anfragen Verwaltung von physischen Sätzen und Zugriffspfaden DB-Puffer- und Externspeicherverwaltung Datensystem Zugriffssystem Speichersystem Deskriptive Anfragen, Zugriff auf Satzmengen SELECT ... FROM ... WHERE INSERT INTO ... Satzzugriffe Lese Satz Füge Satz ein, füge Eintrag in B+-Baum ein Seitenzugriffe Stelle Seite bereit, Gib Seite frei DB Informationssysteme2017 Kapitel10:E/A-ArchitekturundZugriff 3 ÜbersichtAnfrageverarbeitung § Eingabe:AnfragealsText(String) § Kompilierzeitsystem(compile timesystem)übersetztundoptimiert dieAnfrage § Zwischenprodukt:AnfragealsAnfrageplan(query plan) § Laufzeitsystem(runtime system)führtdieAnfrageaus § Ausgabe:ErgebnissederAnfrage Informationssysteme2017 Kapitel10:E/A-ArchitekturundZugriff 4 ÜbersetzungvonSQLinBaumausOperatoren SELECT A1,...An FROM R1,...,Rn WHERE P 𝜋𝜋$%,…,$( 𝜎𝜎 𝑃𝑃 × × × R1 R2 R3 … Rn WassindOperatoren,wieläuftVerarbeitungabundwiewerden OperatorenImplementiert? Informationssysteme2017 Kapitel5:DieStandardspracheSQL 5 Iteratorkonzept Anwendungsprogramm Iterator open next close size cost Iterator open R1 Iterator next … R1 open … Iterator open R1 Informationssysteme2017 next Kapitel10:E/A-ArchitekturundZugriff next … R1 6 Iterator § § § § Open:Konstruktor,initialisiert,öffnetdieEingabe Next:LiefertdasnächsteErgebnis Close:SchließtdieEingabe Cost undSize:GebenInformationenüberdiegeschätzten(!) Kosten Empfehlenswert:ÜbersichtsartikelvonG.Graefe:QueryEvaluation Techniques for LargeDatabases,ACMComputingSurveys,1993, volume 25,number 2,pages 73-169. Informationssysteme2017 Kapitel10:E/A-ArchitekturundZugriff 7 Pull-basierteVerarbeitung Operatoren werdeninFormvonIteratoren implementiert § Datenflusshierbeiist"vonuntennachoben" § Konsument-ProduzentVerhältnis § DerkonsumierendeIterator beziehtTupelvonseinenEingaben,die ebenfallsIteratoren sind,durchderennext()Schnittstelle § ImAllgemeinenwerdenZwischenergebnissenichtexplizit materialisiert. Anmerkung:Push-basierteVerarbeitung EsgibtinsbesonderebeiSystemenzurDatenstromverarbeitungdie sogenanntePush-basierteVerarbeitung.Dortregistrierensich "Konsumenten"anDatenquellenoderanderenOperatoren.Falls dieseneueDatenhaben,werdendieDatenandieKonsumenten weitergereicht(aktiv). Informationssysteme2017 Kapitel10:E/A-ArchitekturundZugriff 8 BlockierendeOperatoren § Idealerweise • OperatorenblockierendenDatenflussnicht • D.h.beimAufrufvonnext()werdendarunterliegende Operatorenangefragtvianext unddasErgebnisdirektweiter geleitet.NurwenigeTupelwerdendabeigelesen. • ErlaubtPipelining § ImGegensatzdazu:Operatoren,diedenDatenfluss"blockieren", sogenanntePipeline-Breaker • Sortieren • Duplikateeliminieren(unique,distinct) • Aggregation:min,max,avg,... • Joins (jenachImplementierung) • Union(jenachImplementierung) Informationssysteme2017 Kapitel10:E/A-ArchitekturundZugriff 9 ImplementierungvonOperatoren BeiderErzeugungeinesphysischenAnfrageplansmussentschieden werdenwiegenaudieAnfrageausgeführtwerdensoll § WelcheImplementierungengibtesfürdiediversenOperatoren? § WelcheImplementierungisteffizienter? § Undwiekanndiesüberhauptberechnet/vorhergesagtwerden? (Kostenmodelle) § GibtesIndexstrukturen,dieausgenutztwerdenkönnen? § Fallsja,machtesauchSinneinenIndexzubenutzen? § ... ImplementierungvonOperatorenwirdinderVLDatenbanksysteme besprochen. Informationssysteme2017 Kapitel10:E/A-ArchitekturundZugriff 10 Waskostetwieviel? § § § § § § § § § § § L1cache reference 0,5ns L2cache reference 7ns Mainmemory reference 100ns Compress 1Kbytes with Zippy 10000ns Send2Kbytes over 1Gbps network 20000ns Read1MBsequentially from memory 250000ns Roundtrip within samedata center 500000ns Diskseek 10000000ns Read1MBsequentially from network 10,000,000ns Read1MBsequentially from disk 30000000ns SendpacketCAà Netherlands à CA150000000ns Numbersby JeffDean(Google) Informationssysteme2017 Kapitel10:E/A-ArchitekturundZugriff 11 Speicherhierarchie Register aktuelle Daten Cache Hauptspeicher • elektronischerSpeicher Zugriffslücke ExternerSpeicher (Online) • blockadressierbar • nicht-flüchtig • elektronischodermagnetisch Archivspeicher(Nearline) • automatischesLadenvon PlattenoderBändern Archivspeicher(Offline) Speicherkapazität Informationssysteme2017 Kapitel10:E/A-ArchitekturundZugriff 12 CharakteristischeMerkmale Ebene Kapazität Zugriffszeit Transfer: Kontrolle Transfer: Einheit 6 Register Bytes <1ns Programm/ Compiler 1-8Bytes 5 Cache K- MBytes 1-20ns CacheController 8-128 Bytes 4 Hauptspeicher M- GBytes 50-100ns Betriebssystem 1-16 KBytes Zugriffslücke 3 Plattenspeicher G– TBytes ~10ms Benutzer/ Operator MBytes (Dateien) 2 Bandspeicher TBytes >1sec Benutzer/ Operator MBytes (Dateien) 1 Archivspeicher T– PBytes sec-min Informationssysteme2017 Kapitel10:E/A-ArchitekturundZugriff 13 RelativeZugriffszeitenineinerSpeicherhierarchie § Wieweitsinddie Datenentfernt? § WelcheKonsequenzen ergebensichdaraus? • Caching • Replikation • Prefetching Speicherhierarchie „unserenDimensionen“? Speichertyp Rel.Zugriffszeit Zugriffsort Register 1 meinKopf 1 min Cache(onchip) 2 dieserRaum 2 min Cache(on board) 10 diesesGebäude 10 min Hauptspeicher 100 Magnetplatte 106–107 Magnetband/O pt. Speicher (automat. Laden) Informationssysteme2017 Wasbedeutetdasin 109–1010 Kapitel10:E/A-ArchitekturundZugriff Frankfurt(mit Auto) Pluto (5910*106 km) Andromeda Zugriffszeit 100 min > 2 Jahre > 2000 Jahre 14 Problemstellung § LangfristigeSpeicherungundOrganisationderDatenim Hauptspeicher? • Speicherist(noch)flüchtig! • Speicherist(noch)zuteuerundzuklein • KostenverhältnisFestplattevs.DRAM § MindestenszweistufigeOrganisation derDatenerforderlich • langfristigeSpeicherungaufgroßen,billigenundnichtflüchtigenSpeichern(Externspeicher) • VerarbeitungerfordertTransportzum/vomHauptspeicher Informationssysteme2017 Kapitel10:E/A-ArchitekturundZugriff 15 ZweistufigeSpeicherhierarchie § VereinfachteE/A-Architektur: • ModellfürExternspeicheranbindung • VorBearbeitungsinddieSeitenindenDB-Pufferzukopieren • GeänderteSeitenmüssenzurückgeschriebenwerden P1 P4 Betriebssystem Steuereinheit Dateipuffer Kanal DB-Puffer im HSP . . . P1 P2 P2 P3 DBMS Zugriffslücke >2*105 Faktor 100 - 1000 Informationssysteme2017 P4 P5 P5 Magnetplattenspeicher ca. 10 ms P3 Hauptspeicher < 50 ns Faktor 100 Kapitel10:E/A-ArchitekturundZugriff 16 Aufbaueiner(klassischen)Festplatte Zugriffskamm Arm Kopf Spindel Sektor Platte Track Kopf Arm Armdrehpunkt Zylinder a. Seitenansicht Informationssysteme2017 b. Draufsicht Kapitel10:E/A-ArchitekturundZugriff 17 AufbauFestplatte(Tracks,Sektoren,Zonen) § Track:TeileinesZylindersaufeinerPlatte § Sektor:TeileinesTracks.AnzahlSektorenproTrackursprünglich gleichfüralleTracks § Aber,aufZylinder/Tracksweiter"außen"passenmehrSektoren. § Daher,aktuelleHardware,variableAnzahlvonTracks:äußere TrackshabenmehrSektorenalsinnereTracks;Zylindersindin Zonenunterteilt. Blöcke § Aka.Sektoren,aka.physical record.KleinsteTransfereinheitbei Block-Storage-Devices.SeitwenigenJahrentypischerweise4KB odersonst(historisch)512Bytegroß. § Achtung,esgibtauchUnterschiedezuBlöckenbzw.Seitendes Dateisystems,dortkanneinBlockauchmehrereFestplattenblöcke umfassen. Informationssysteme2017 Kapitel10:E/A-ArchitekturundZugriff 18 Lesen/Schreiben eines Blocks Host sends command Controller decodes it Data transfer to host Status message to host SCSI bus Disk 1 Disk 2 Disk 3 Seek Rotational latency Data transfer off mechanism Time Read service time for disk 1 Read service time for disk 2 Informationssysteme2017 Kapitel10:E/A-ArchitekturundZugriff 19 SchwierigdieKostengenauzuberechnen § KosteneinesFestplattenzugriffshängenabvon: • deraktuellenPositiondesLesekopfs • derPosition(Drehung/Winkel)derPlatte § DieseInformationensindzurZeitderÜbersetzungderAnfrage nichtbekannt. § Daher:KostenübermehrereZugriffe(Mittel),einfachesModell. Informationssysteme2017 Kapitel10:E/A-ArchitekturundZugriff 20 EinfachesKostenmodell § ParameterdesKostenmodells: • DurchschnittlicheLatenzzeit(average latency time): • DurchschnittlicheZeitfürPositionierung(seek+rotational delay) - DurchschnittlicheZugriffszeitfüreineneinzelnenZugriff • Lese- /Schreibrate(sustained read/write rate): - NachPositionierung:DatentransferratebeisequentiellemZugriff § PerformanceParameterfüreineBeispiel-Festplatte Modellaus 2004 Parameter Wert Abkürzung Kapazität(capacity) 180GB Dcap Latenz(average latency time) 5ms Dlat Leserate (sustained read rate) 100MB/s Dsrr Schreibrate(sustained write rate) 100MB/s Dswr Dann:Zeitumn ByteszulesenistgeschätztalsDlat +n/Dsrr. Informationssysteme2017 Kapitel10:E/A-ArchitekturundZugriff 21 SequenzielleundWahlfreieZugriffe § EswirdunterschiedenzwischenzweiverschiedenenArtenvon Zugriffen (I/O): • Sequenzielle(sequential)I/Ound • Wahlfreie(random)I/O. § InunseremeinfachenKostenmodell: • fürsequenzielleZugriffe:esgibteinePositionierungdes Lesekopfes,danachwirdmitLeserate gelesen. • fürwahlfreieZugriffe:esgibteinePositionierungprogelesener Einheit- typischerweiseSeitevonz.B.8KB § Beispiel:Lese100MB • SequenziellesLesen:5ms +1s • LesendurchwahlfreieZugriffe(Seitengröße8KB):65s Informationssysteme2017 Kapitel10:E/A-ArchitekturundZugriff 22 Lesen von100MB § x-Achse:GrößederzulesendenChunks in8KB § y-Achse:Sekunden 64 32 16 8 4 2 1 1 Informationssysteme2017 4 16 64 Kapitel10:E/A-ArchitekturundZugriff 256 1024 23 Wahlfreies Lesen vonnSeiten § x-Achse:n § y-Achse:Sekunden 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 Informationssysteme2017 0 100 200 300 400 Kapitel10:E/A-ArchitekturundZugriff 500 24 Beispiel:BerechnungZugriffskosten § LeseneinerDateivon100MBGröße,gespeichertin128008KB Seiten. § InunseremeinfachenModellkostetdaswahlfreie(random access) Lesenvon200SeitenungefährgenausolangewiedasLesender gesamten100MBimsequenziellenModus. Dasheißt,dasLesenvon1/64einer100MBDateiimwahlfreien ZugriffdauertgenausolangwiedasLesendergesamtenDateiim sequenziellenModus. Informationssysteme2017 Kapitel10:E/A-ArchitekturundZugriff 25 Break-Even-PointimeinfachenKostenmodell Sei𝑎𝑎 diePositionierungs-Zeit,𝑠𝑠 dieLeserate,𝑝𝑝 dieSeitengrößeund𝑑𝑑 dieAnzahlanfortlaufendabgelegtenBytes.DannistderBreak-EvenPoint gegebendurch 𝑛𝑛 ∗ (𝑎𝑎 + 𝑝𝑝/𝑠𝑠) = 𝑎𝑎 + 𝑑𝑑/𝑠𝑠 𝑛𝑛 = (𝑎𝑎 + 𝑑𝑑/𝑠𝑠)/(𝑎𝑎 + 𝑝𝑝/𝑠𝑠) = (𝑎𝑎𝑎𝑎 + 𝑑𝑑)/(𝑎𝑎𝑎𝑎 + 𝑝𝑝) 𝑎𝑎 und𝑠𝑠 sindParameter,diedurchdieFestplattegegebensind(also unveränderlich).Fürgegebenes𝑑𝑑 hängtderBreak-Even-Pointnurvon derSeitengrößeab. Informationssysteme2017 Kapitel10:E/A-ArchitekturundZugriff 26 Lessons Learned § SequenziellesLesenistsehrvielschnelleralswahlfreiesLesen. § DasDatenbanksystemsolltediesidealerweiseausnutzen. § Möglichkeiten: • SorgfältigausgewähltesphysischesLayoutaufderFestplatte (z.B.Zylinder- oderTrack-Aligned,Clustering) • Festplatten-Scheduling,Multi-page-Requests • Prefetching • Puffer undnichtzuvergessen: • EffizienteundrobusteAlgorithmen(Implementierungen)der algebraischenOperatoren Informationssysteme2017 Kapitel10:E/A-ArchitekturundZugriff 27 NeuereEntwicklungen:SSDs § WasändertsichbeiSSDs(SolidStateDisks)gegenüber traditionellenmechanischenFestplatten? • SehrvielmehrIOPs(Input/OutputOperations PerSecond) möglich,UnterschiedinGrößenordnungen:z.B.1000 • Leseoperationena4KBBlockproSekundeeinerSSDgegenüber 100proSekundeeinernormalenFestplatte. • DennochsequenziellesLesengünstigeralswahlfreiesLesen. § WasändertdiesfürdieAnfrageoptimierung?SiehePapierunten. Pelley etal.DoQueryOptimizers Needto be SSD-aware?,ADMSWorkshop,2011. Informationssysteme2017 Kapitel10:E/A-ArchitekturundZugriff 28 NeuereEntwicklungen:In-MemoryDatenbanken § In-MemoryDatenbanken • VerfügbarerRAMoftausreichendgroß,umgesamteDatenbank zuhalten. • OftbetrachtetinZusammenhangmitMehrkernsystemenund NUMA(NonUniformMemoryAccess)Architekturen. • WoistderneueFlaschenhalsfürdiePerformance? Informationssysteme2017 Kapitel10:E/A-ArchitekturundZugriff 29 PhysischeOrganisationeinerDatenbank § DasDatenbanksystemorganisiertdenphysischenSpeicherin verschiedeneSchichten. • Datenbank:MengevonDateien • Datei:SequenzvonBlöcken. • Segment:OrganisationseinheitimDBMS(bzgl.Sperren, Rechten,etc.) § Zugriffseinheiten • Segmente • Seiten werdeninSegmentengespeichert • SeiteenthältSätze • Satz:IneinerSeitegespeicherteSequenzvonBytes.Mengevon echtenDaten,verschiedeneFelder. • Bzw.manredetauchvonTupeln imDB(Relationen)Kontext Informationssysteme2017 Kapitel10:E/A-ArchitekturundZugriff 30 Seite undTupleIdentifier(TID) § Seite(Page)istorganisiertinAnzahlvonBereiche(Slots) § SlotszeigenaufDaten...oderauchaufandereSeiten § EinTIDisteinPaarbestehendaus • SeitenID(z.B.Datei/SegmentNummerplusNummerderSeite) • SlotNummer § TIDwirdmanchmalauchRow Identifier(RID)genannt TID 273 2 273 827 TID 827 Informationssysteme2017 1 Kapitel10:E/A-ArchitekturundZugriff 31 Satz-Layout § VerschiedenemöglicheLayouts: fixed-length size variable-length size fixed-length offset offset offset codes variable-length size variable-length variable-length variable-length data fixed-length variable-length strings length and offset encoding encoding for dictionary-based compression Informationssysteme2017 Kapitel10:E/A-ArchitekturundZugriff 32 SpeicherungvonTupeln aufSeiten § Seiteninterne Datensatztabelle • ermöglicht einfache interneReorganisation Informationssysteme2017 Kapitel10:E/A-ArchitekturundZugriff 33 VerdrängenvonTupeln aufandereSeiten § FallseineSeitezukleinwird. • VerschiebeTupelineineandere(z.B.neue,leere)Seite • FügeinursprünglicherSeiteeineTIDhinzudieaufdenneuen Ortverweist § WaspassiertbeimehrfachemVerschieben? • VerweisinderursprünglichenSeitewirdangepasst. è LängederVerweisketteaufzweibeschränkt Informationssysteme2017 Kapitel10:E/A-ArchitekturundZugriff 34 OrganisationderDateien § Haufen • EinfachsterWegeineDateizu organisierenistneuankommendeSätze indieSeite(denBlock)amEndeder Dateieinzufügen. • Einfügenistsehreffizient. • Sucheistteuer. § SortierteDateien • GegebeneinSchlüsselanhanddessen Sätze geordnetwerdenkönnen • EffizientereSuche(binär)- Obwohlso nichtrealisiert(siehez.B.B+Baum) Informationssysteme2017 Kapitel10:E/A-ArchitekturundZugriff 35 Beispiel:SortierteDatei(hiernachName) Block1 Name MatrNr Semester Aaron 443421 10 Adam 233499 1 … Block2 Acosta 561921 1 Allen 581722 9 Anderson 339163 8 … Block3 Archer 965492 1 Arnold 672961 3 Arnold 759311 1 … Atkins 173522 8 . . . Blockn Wright 672963 4 Wyatt 197646 7 … Zimmer Informationssysteme2017 524145 12 Kapitel10:E/A-ArchitekturundZugriff 36 SucheinDateien "If you don't find it in the index, look very carefully through the entire catalog" - Sears,Roebuck,and Co.,Consumers'Guide,1897 (ausdemBuchvonRamakrishnan &Gehrke) § LineareSuche § BinäreSucheinsortiertenDateien § SucheviaIndexen Informationssysteme2017 Kapitel10:E/A-ArchitekturundZugriff 37 GrundideeeinesIndex § Abbildung:Schlüsselà MengevonEinträgen § Beispiele: • MatrikelNummer à persönlicheDatendesStudenten • PLZà NameundandereInformationeneinerStadt • Termà alleDokumenteindenendieserTermenthaltenist § NatürlichmöchtemanbeidiesenhäufigauftretendenAnfragendie Antwortzeitgeringhalten. § DafürwirdeinIndexangelegt:EinIndexmaterialisiertdiese Abbildung! § BetrachtenwirspäterindiesemKapitel. Informationssysteme2017 Kapitel10:E/A-ArchitekturundZugriff 38 Datenbank-Pufferverwaltung § Motivation:BereitserwähnteZugriffslückezwischenHauptspeicher undFestplatte(Externspeicher) • Idee:HalteSeiten,aufdiezugegriffenwurde,ineinemPufferim Hauptspeicher • DieserPufferkanndurchaussehrgroßsein(hunderteMegabyte odervieleGigabytes).TrotzdemvielkleineralsDBselbst. Betriebssystem P1 Dateipuffer P4 DB-Puffer im HSP . . . P1 P2 P2 P3 P4 P5 P5 Informationssysteme2017 P3 DBMS Kapitel10:E/A-ArchitekturundZugriff 39 Datenbank-Pufferverwaltung(2) § 5MinutenRegel: "Pagesreferenced every five minutes should be memory resident." SiehePapiervonJimGray&FrancoPutzolu: http://www.hpl.hp.com/techreports/tandem/TR-86.1.pdf EmpfehlungzumThemaDatenbank-Pufferverwaltung:DasBuchvon Härder undRahm:"Datenbanksysteme- KonzepteundTechnikender Implementierung"isthiersehrausführlich. Informationssysteme2017 Kapitel10:E/A-ArchitekturundZugriff 40 Ersetzungsstrategien:KonzeptundKlassifizierung § WenneineSeitenichtimPufferauffindbaristwirdsieindenPuffer eingetragen.Fallsdieserbereitsvollist,musseineandereSeite weichen,aberwelche? § KlassifizierungvonStrategienanhand... • obdasAlterseitEinlagerung,seitletztemZugriffoder überhauptnicht,und • oballeReferenzen,dieletzteReferenzoderkeine beiderAuswahlentscheidung(welcheSeiteersetztwerdensoll) zumTragenkommt. § Erste(triviale)Idee:ZufälligesErsetzenvonSeiten(RANDOM Strategie). Informationssysteme2017 Kapitel10:E/A-ArchitekturundZugriff 41 Optimalesvs.Zufälligesvs.RealisierbareVerfahren Fehlerseitenrate in % 100% Fmax RANDOM Realisierbare Verfahren OPT FKS Pmin PDB Pu ergröße Pmin=minimaleGrößedesDB-Puffers PDB =Datenbankgröße FKS =FehlerseitenratebeiKaltstart Informationssysteme2017 Kapitel10:E/A-ArchitekturundZugriff 42 FIFO § First-In,First-Out • ErsetztdiejenigeSeite,dieamlängstenimPufferist Illustration:KreisförmigeAnordnung.Zeigerverweistaufden ältestenEintrag.GrauerZeiger=alt.RoterZeiger=neu. Informationssysteme2017 Kapitel10:E/A-ArchitekturundZugriff 43 Least-Frequently-Used (LFU) § ErsetztSeitemitdergeringstenReferenz- (Zugriffs-)Häufigkeit • FürjedeSeitewirdeinZugriffszähler(aka.ReferenzzählerRZ) geführt. • DieSeitemitdemkleinstenZählerstandwirdersetzt. § Seiten,aufdiekurzzeitigsehrsehroftzugegriffenwurde,bleiben sehrlangeimPuffer,auchwennnichtmehrwirklichbenutzt. § AlterdesZugriffs(bzw.derletztenZugriffe)wirdnicht berücksichtigt. • "Problem"kanndurchperiodischesHerabsetzender Referenzzähleradressiertwerden. Informationssysteme2017 Kapitel10:E/A-ArchitekturundZugriff 44 Least-Recently-Used (LRU) § ErsetzungbasierendaufZeitseitdemletztenZugriffaufSeite. § HalteSeiteninFormeinesStacks: • EineSeitekommtbeijederReferenzaufoberstePosition • SeiteaufderunterstenPositiondesStackswirdbeiBedarf ersetzt § Beispiel: • Zugriff(indieserReihenfolge)aufSeiten: A,B,C,D,A,C,A,B,B,B,C,D,A. • PufferhatPlatzfür3Seiten.SeiteEsolleingelagertwerden. WelcheSeitemussweichen? § Beobachtung: • Waspassiert,wennineinerLeseoperationvonderFestplatte vieleneueSeitengelesenwerden? • Wiesoistdasproblematisch? Informationssysteme2017 Kapitel10:E/A-ArchitekturundZugriff 45 TheoretischeSicht § WirbetrachteneinenStringvonReferenzenaufSeiten 𝑟𝑟1, 𝑟𝑟2, …, 𝑟𝑟𝑡𝑡, … wobei𝑟𝑟𝑡𝑡 = 𝑝𝑝bedeutet,dassaufSeite𝑝𝑝 zugegriffenwurde. § ZueinemZeitpunkt𝑡𝑡 nehmenwiran,dassjedeSeiteeinegewisse Wahrscheinlichkeit𝑏𝑏𝑝𝑝besitztalsnächstesaufgerufenzuwerden, d.h.Pr(𝑟𝑟<=% = 𝑝𝑝) = 𝑏𝑏𝑝𝑝. § Interarrival Time WievieleZugriffeliegenzwischendenZugriffenaufeineSeite𝑝𝑝? Genau𝑏𝑏>?% . Informationssysteme2017 Kapitel10:E/A-ArchitekturundZugriff 46 Interarrival Time- AnnäherungdurchLRU § Interarrival Time:ZwischenzweiZugriffenaufSeite𝑝𝑝 liegen 𝑏𝑏>?% Zugriffe. § DiejenigenSeitenmitkleinsterInterarrival Timebzw.größter Wahrscheinlichkeit𝑏𝑏𝑝𝑝 solltenimPuffergehaltenwerden. § DieswirdbeiLRUapproximiertdurchdieSeitenmitdemZeitpunkt desletztenZugriffsaufSeite. WeitereErsetzungsstrategienwerdeninderVLDatenbanksystemeim Wintersemestervorgestellt. Informationssysteme2017 Kapitel10:E/A-ArchitekturundZugriff 47 Zusammenfassung § AuswertungvonAnfragen • Anfrageplanbestehtaus(logischen)Operatoren • VerschiedeneImplementierungen(physischeOperatoren), basierendaufIteratorkonzept • AuswahlvonphysischenOperatorenanhandvonKostenmodell § VereinfachteE/A-Architektur:ZweistufigeSpeicherhierarchie • Externspeicher (groß,billig,nicht-flüchtig)zurlangfristigen SpeicherungderDatenerforderlich - KostenmodellfürwahlfreienundsequentiellenZugriff - SequentiellerZugriffistschneller! • PhysischeOrganisationvonDatenbanken - SpeicherungvonSätzenaufSeiten • DB-Pufferverwaltung - Ersetzungsstrategien Informationssysteme2017 Kapitel10:E/A-ArchitekturundZugriff 48
